AT508101B1 - Verarbeitungsweise eines stahlhalbzeuges über die ac1-temperatur - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT 508 101 B1 2011-12-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Glühverfahren zur Verarbeitung eines Stahlhalbzeuges, insbesondere größeren Querschnitts, über einer AcrTemperatur zur Kornverfeinerung und/oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefüges.

[0002] Herkömmliche Glühverfahren von Stahlhalbzeugen zur Kornverfeinerung oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefüges, also des globularen Perlits, erfordern ein Langzeitglühen der Stahlhalbzeuge in der Weise, dass die geforderte Temperatur im ganzen Querschnitt konstant ist. Bei Stahlhalbzeugen größeren Querschnitts ist auch ein mehrstündiges Glühen üblich. Das Problem besteht darin, dass die Temperatur durch die Erwärmung im Ofen sich schneller an der Oberfläche als im Inneren des Querschnitts des Stahlhalbzeuges ändert. Nicht nur aus diesem Grund ist also das Glühen mit einem hohen Zeitaufwand verbunden. Bei einem Langzeitglühen knapp unter der Acr Temperatur, das einige Stunden dauern muss, entstehen in der ferritischem Matrix sphärolithi-sierte Karbide. Dieses Verfahren kann durch Temperaturschwankung des Stahlhalbzeuges um ACi beschleunigt werden, nichtsdestotrotz verändert sich die Temperatur vor allem auf der Oberfläche und dringt in das Querschnittinnere nur langsam durch. Anschließend kühlt das Stahlhalbzeug langsam kontinuierlich ab, wodurch die Entstehung eines feinen globularen Perlits gewährleistet wird. Dieses Verfahren bringt kein gleichmäßiges Mikrogefüge innerhalb des ganzen Querschnitts, weil dessen Entstehung, insbesondere bei größeren Querschnitten, durch unterschiedliche Bedingungen auf der Oberfläche und im Inneren des Halbzeuges beeinflusst wird.

[0003] Wesentlich schneller bildet sich das aus ferritischer Matrix sphärolithisierten Karbiden bestehende Mikrogefüge, wenn das Stahlhalbzeug auf eine Temperatur über A^ mit einer anschließenden langsamen Abkühlung geglüht wird. Auch bei diesem Verfahren ist ein Langzeitglühen des Halbzeuges erforderlich. Bei diesem Verfahren sichert die Austenitisierung des Perlits mit eingeschränkter Homogenisierung des Austenits eine ausreichende Menge von Keimen, aus denen durch die Abkühlung feine und gleichmäßig verstreute Globularkarbide entstehen. Anschließend wird wie bei dem oben beschriebenen Verfahren das Stahlhalbzeug kontinuierlich abgekühlt, wodurch die Entstehung des feinen globularen Perlits gewährleistet wird. Das sphärolithisierte Gefüge steht in Verbindung mit der Absenkung der Härte und der Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs.

[0004] Im Patent US 6,192,472 erfolgt das Glühen des kohlenstoffreichen Stahls durch eine Erhitzung auf eine Temperatur von Aq - 20°C, der eine Erhitzung auf eine Temperatur von Aci + 20°C oder mehr, mit einer anschließenden schnellen Abkühlung auf die Temperatur Aci folgt. Als weiterer Schritt folgt die Erhitzung des Stahls auf die Temperatur Aq + 20°C und mehr, eine Abkühlung auf 740°C mit anschließender Abkühlung auf 690°C mit einer Geschwindigkeit von 3,5°C/min oder geringer bis auf Raumtemperatur. Durch dieses Verfahren, das sich bei Rohrherstellung in einem Durchlauf-Glühofen bewährt hat, wird die Glühzeit erheblich verkürzt. Bei Stahlhalbzeugen größeren Querschnitts verliert es an Effizienz infolge des Temperaturgefälles im Halbzeugquerschnitt.

[0005] In ähnlicher Weise ist die Beschleunigung der Sphärolithisierung von Ferriten im kohlenstoffreichen chromlegierten Lagerstahl im Schriftstück JP 041003715 beschrieben. Die Wärmebehandlung besteht aus der Erhitzung auf die Temperatur von 780-820°Cund einer anschließenden Abkühlung unterhalb der Aci-Temperatur mit einer Geschwindigkeit von weniger als 200°C/h. Weiter folgt eine Erhitzung auf eine Temperatur im Berech von Ac-ι bis Aci + 40°C, eine Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb von Ac, mit einer Geschwindigkeit unter 200°C/h, Erhitzung auf die Temperatur von ÄCi bis ÄCi + 40°C und eine Abkühlung unterhalb der AcrTemperatur mit einer Geschwindigkeit unter 75°C/h.

[0006] Gemeinsamer Nachteil der oben genannten Glühungsarten ist, und zwar auch bei Stahlhalbzeugen kleinerer Querschnitte, dass sich die Erhitzung über eine lange Zeit erstrecken 1 /5 österreichisches Patentamt AT 508 101 B1 2011-12-15 muss und von einer anschließenden langsamen gesteuerten Abkühlung gefolgt werden muss, und trotzdem auch durch diese Maßnahmen keine gleichmäßige Durchwärmung des ganzen Querschnitts des Stahlhalbzeuges gewährleistet werden kann.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Glühverfahren zur Beseitigung bzw. Abschwächung der genannten Probleme zu verbessern.

[0008] Erfindungsgemäß gelingt dies, indem das Stahlhalbzeug höchstens auf die Acr Temperatur erhitzt und anschließend einer Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die AcrTemperatur unterzogen wird, und danach das Stahlhalbzeug in an sich bekannter Weise abgekühlt wird.

[0009] Durch die Umformung wird in das Stahlhalbzeug eine Verformung eingetragen, deren mechanische Energie das Stahlhalbzeug auf eine Temperatur über Aci erhitzt, und zwar über dessen ganzen Querschnitt. Die anschließende Abkühlung erfolgt dann durch ein dem jeweiligen Werkstoff entsprechendes herkömmliches Verfahren. Durch das Verfahren kommt es zur Kornverfeinerung und/oder es wird ein aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehendes Mikrogefüge gebildet. Dadurch kommt es zu einer extremen Verkürzung der Wärmebehandlungszeit einerseits sowie zu einer erheblichen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, und zwar über den ganzen Querschnitt des Stahlhalbzeuges.

[0010] Zur Verbesserung des Übergangs von lamellarem in globularen Perlit ist es günstig, wenn das Stahlhalbzeug wiederholt mittels der Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die ACrTermperatur erhitzt und jeweils anschließend in an sich bekannter Weise unter die AcrTemperatur abgekühlt wird.

DIE ABBILDUNGEN ZEIGEN

[0011] In der beigefügten Abb. 1 ist ein die Erhitzung des Stahlhalbzeuges unterhalb der Acr Temperatur im Glühofen darstellendes Diagramm und die anschließende Temperaturerhöhung über Aci durch mechanische Umformung unter einer Schmiedepresse abgebildet und in Abb. 2 ist ein die wiederholte Erhitzung des Stahlhalbzeuges unterhalb der Aq-Temperatur im Glühofen darstellendes Diagramm und die anschließende wiederholte Temperaturerhöhung über Aci durch mechanische Umformung unter der Schmiedepresse abgebildet. BEISPIEL 1 [0012] Stahlhalbzeug mit einer Zusammensetzung von C 0,44 Gew.-%, Mn 0,75 Gew.-%, Si 0,36 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,007 Gew.-%, Cr 0,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, AI 0,009 Gew.-%, B 0,001 Gew.-% und mit mechanischen Eigenschaften umfassend eine Kerbschlagzähigkeit KCV mini 45 J/cm2, eine Dehngrenze Rp02 = 490 MPa, eine Festigkeitsgrenze Rm = 670 MPa und eine Bruchdehnung As= 23 % mit einer Mittelgröße des Austenitkorns von 29 pm wird im Ofen auf die Temperatur von 710°C erhitzt, was 15°C unterhalb der AcrTemperatur ist. Anschließend wird es der mechanischen Umformung unter der Presse mit einer Proportionalverformung ε = 60 % unterzogen. Dadurch wird im ganzen Querschnitt des Halbzeuges eine Temperaturerhöhung von ca. 40°C über der AcrTemperatur erreicht. Anschließend wird das Halbzeug in freier Luft abgekühlt, wodurch folgende mechanische Eigenschaften erreicht werden: Kerbschlagzähigkeit KCV mini 62J/cm2, Dehngrenze Rp02 = 560 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 670 MPa, Bruchdehnung As = 19% bei gleichzeitiger Kornverfeinerung auf eine Mittelgröße 2 pm. BEISPIEL 2 [0013] Stahlhalbzeug mit einer Zusammensetzung von C 0,42 Gew.-%, Mn 0,57 Gew.-%, Si 1,99 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,004 Gew.-%, Cr 1,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, AI 0,009Gew.-%, B 0,001 Gew.-% und mit mechanischen Eigenschaften umfassend eine Kerbschlagzähigkeit KCV mini 13 J/cm2, eine Dehngrenze Rp02 = 470 MPa, eine Festigkeitsgrenze Rm = 895 MPa, eine Bruchdehnung A5= 16 % und mit einem anfänglichen durch proeutektoiden Ferrit mit hohem Anteil an lamellarem Perlit gebildeten Mikrogefüge wird im 2/5 österreichisches Patentamt AT 508 101 B1 2011-12-15

Ofen 40 Minuten lang auf die Temperatur von 780°C erhitzt, was in etwa eine Temperatur knapp unterhalb von Ac-\ ist und wird anschließend einer mechanischen Umformung durch Freiformschmieden mit einer proportionalen Verformung von z^ = 65% unterzogen. Dadurch kommt es über den ganzen Halbzeugquerschnitt zu einer Temperaturerhöhung von etwa 40°C oberhalb der Aq-Temperatur. Daraufhin wird das Halbzeug an freier Luft abgekühlt, wodurch es zur Entstehung von globularem Perlit in der ferritischen Matrix mit folgenden mechanischen Eigenschaften kommt: Kerbschlagzähigkeit KCV mini 21 J/cm2, Dehngrenze Rp02 = 590 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 861 MPa, Bruchdehnung As = 19 %. Das in dieser Weise behandelte Halbzeug wird erneut für 40 Minuten im Ofen auf die Temperatur von 780°C erhitzt, wonach es der mechanischen Umformung durch Freiformschmieden mit proportionaler Verformung ε2 = 65 % unterzogen wird, wodurch es im ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von etwa 40°C über Aq kommt. Anschließend wird das Halbzeug an freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften gewinnt: Kerbschlagzähigkeit KCV mini 62 J/cm2, Dehngrenze Rp02 = 560 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 870 MPa und Bruchdehnung As = 21,5%. Gleichzeitig kommt es zu einer weiteren Erhöhung des Anteils an globularem Perlit aus der vorhergehenden Verarbeitung. BEISPIEL 3 [0014] Stahlhalbzeug mit einer Zusammensetzung von C 0,42 Gew.-%, Mn 0,57 Gew.-%, Si 1,99 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,004 Gew.-%, Cr 1,27 Gew.-%, Ni 0,07 Gew.-%, Cu 0,06 Gew.-%, AI 0,009Gew.-%, B 0,001 Gew.-% und mit mechanischen Eigenschaften umfassend eine Kerbschlagzähigkeit KCV mini 13 J/cm2, eine Dehngrenze Rp02 = 470 MPa, eine Festigkeitsgrenze Rm = 895 MPa, eine Bruchdehnung As= 16% und mit anfänglichem durch proeutek-toiden Ferrit mit hohem Anteil an lamellarem Perlit gebildetem Mikrogefüge wird durch Widerstandserhitzung für die Dauer von 10 s auf die Temperatur von 790°C erhitzt und anschließend der mechanischen Umformung unter der Presse mit proportionaler Verformung ε3= 50 % unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 30°C über die AcrTemperatur kommt. Anschließend wird das Halbzeug an freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften bekommt: KCV mini 20 J/cm2, Dehngrenze Rp02 = 573 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 859 MPa und Bruchdehnung As = 20 %. Gleichzeitig kommt es zu einer Erhöhung des Anteils an globularem Perlit. BEISPIEL 4 [0015] Stahlhalbzeug mit einer Zusammensetzung von C 0,28 Gew.-%, Mn 1,34 Gew.-%, Si 0,32 Gew.-%, P 0,01 Gew.-%, S 0,008 Gew.-%, Cr 0,44 Gew.-%, Ni 0,46 Gew.-%, Cu 0,09 Gew.-%, AI 0,03 Gew.-%, B 0,001 Gew.-% und mit mechanischen Eigenschaften umfassend eine Kerbschlagzähigkeit KCV mini 40 J/cm2, eine Dehngrenze Rp02 = 535 MPa, eine Festigkeitsgrenze Rm = 750 MPa, eine Bruchdehnung As= 21 % und mit anfänglichem durch proeu-tektoiden Ferrit gebildetem Mikrogefüge wird im Ofen auf eine Temperatur von 700°C erhitzt und anschließend dem Freiformschmieden mit proportionaler Verformung ε 1 = 50 % unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 40°C über die AcrTemperatur kommt. Anschließend wird das Halbzeug im Ofen erneut auf eine Temperatur von 700°C erhitzt und dann erneut dem Freiformschmieden mit proportionaler Verformung ε 1 = 45 % unterzogen, wodurch es über den ganzen Querschnitt des Halbzeuges zu einer Temperaturerhöhung von ca. 40°C über die AcrTemperatur kommt. Anschließend wird das Halbzeug an freier Luft abgekühlt, wodurch es folgende mechanische Eigenschaften bekommt: KCV mini 180 J/cm2, Dehngrenze Rp02 = 495 MPa, Festigkeitsgrenze Rm = 625 MPa und Bruchdehnung As = 27 %. Gleichzeitig entstehen in der ferntischen Matrix feine sphärolithisierte Karbide.

[0016] Die angeführte Verarbeitungsweise des Stahlhalbzeuges kann mit Hilfe von unterschiedlichen Technologien der mechanischen Umformung durchgeführt werden, die nicht nur auf Arbeit unter der Presse und Freiformschmieden begrenzt sind. Es können auch andere Technologien angewandt werden, wie Walzen, Ziehen, Ziehen zwischen Walzen, Fließpressen, Ge- 3/5

Claims (2)

1. österreichisches Patentamt AT 508 101 B1 2011-12-15 senkschmieden und ähnlich, und zwar unter Berücksichtigung der Art des Halbzeuges und den Anforderungen an die resultierenden mechanischen Eigenschaften. Diesen Umständen kann auch die Art der Erhitzung sowie dessen anschließende Abkühlung angepasst werden. Patentansprüche 1. Glühverfahren zur Verarbeitung eines Stahlhalbzeuges, insbesondere größeren Querschnitts, über einer AcrTemperatur zur Kornverfeinerung und/oder zur Schaffung eines aus ferritischer Matrix und sphärolithisierten Karbiden bestehenden Mikrogefüges, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlhalbzeug höchstens auf die AcrTemperatur erhitzt und anschließend einer Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über die Ac!-Temperatur unterzogen wird, und danach das Stahlhalbzeug in an sich bekannter Weise abgekühlt wird.
2. 2. Glühverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlhalbzeug wiederholt mittels der Umformung zur Temperaturerhöhung des Stahlhalbzeuges über, die Aci-Termperatur erhitzt und jeweils anschließend in an sich bekannter Weise unter die Acr Temperatur abgekühlt wird. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5